激光焊接基础理论.ppt

反射镜传输 CO2激光器柔性臂式光束传输系统基本原理 光纤传输 光纤传输基本原理 聚焦元件f1将进入光纤的光束聚焦到较小直径，内耦合角α不能超过某一临界光纤相关值。激光束在光纤中传出时是发散的，通过光学元件f2和f3进行校准和聚焦。 光纤传输方式 * 高能束焊接的定义 高能束焊接（电子束焊EBW、激光束焊LBW）是利用高能密度束流作为热源的焊接方法。其能量密度比TIG或MIG等弧焊方法高一个数量级以上，通常高于 5×105W/cm2。 激光束基本特性 单色性好、方向性好、亮度高、相干性好。 1、单色性 激光中单色性最好的是气体激光器产生的激光。 He-Ne激光器产生的632.8nm谱线，线宽只有10-9nm。 普通光源中单色性最好的用来作为长度基准器的氪灯(Kr86)，其谱线宽度为4.7×10-3nm。 激光的单色性比一般光要高出106～107倍以上 . 自然光由波场范围较宽的光构成，激光的谱线展宽极小，具有很好的单色性。 单色性决定物质对激光能量的吸收和精细聚焦的可能性； CO2：10.6μm CO： 5.4μm YAG：1.06μm 准分子：0.24μm； 激光 自然光 波长 能量 2、方向性好、亮度高 从光源发出的激光平行传播的程度成为方向性。 激光器输出的光束发散角度很小，可以小于或等于10-3~10-5弧度。 激光通过直径为D的孔径时，由于衍射会产生一定发散： 发散角： 激光的方向性带来两个结果： 光源表面的亮度高；被照射地方光的照度大。 一个具有10mW功率的He-Ne激光器可产生比太阳高几千倍的亮度，可在屏幕上形成面积很小但照度很大的光斑。 3、相干性好 以适当方法将统一光源发出的光分成两束，再 使两束光重 合便产生明暗相间的条纹，这就是 光的干涉。 自然光由无数的原子与分子发射，产生波长各不相同的杂乱光，合成后不能形成整齐有序的大振幅光波。 激光的相位在时间上是保持不变的，合成后能形成相位整齐、规则有序的大振幅光波。 一、光束的模式 通常把光波场的空间分布分解为沿传播方向的分布和垂直于传播方向的横截面内的分布，分别称之为纵模和横模。 光腔理论证明，在稳定光腔内外沿光轴传播方向的任意位置处，光场的横向分布规律不变，但光束直径大小不同。 光腔的横模代表了激光束光场的横向分布规律，对激光加工影响极大。而光腔的纵模主要影响激光的频率，与激光加工关系很小。 CO2激光通常用TEMmn 表示横模的光场分布，TEM是横电磁波“Transverse Electromagnetic Wave”的缩写，m、n为正整数。横模可以是轴对称的，也可以是对光轴旋转对称的。 激光束特征描述及光束传播定义 激光束特征描述及光束传播定义 气体激光的光能横向分布 激光束特征描述及光束传播定义 光斑半径 光强 不论是轴对称还是旋转对称，其 模是一致的，称为基模。光波的强度与光波电矢量振幅的平方成正比，一束沿方向传播的基模光束的光强可表示为： 基模光束在任意截面内的光强分布按高斯函数 所描述的规律从中心向外平滑地降落，故称为高斯光束。由光强降落到中心值的 的点定义为光斑直径为 ，在这个半径值的圆内包含了光束总能量的86.5%。中心处最大光强为 。 激光束特征描述及光束传播定义 YAG等固体激光器，其光能的空间分布则远为复杂，不能用简单的数学公式描述。因为固体激光棒不可避免地存在很多缺陷，折射率不均匀，在光泵作用下受热而产生光程变化和双折射等。 固体激光的光能横向分布 二、发散角 激光束特征描述及光束传播定义 光束半径 激光束腰 远场发散角 光轴 一般，只要远场发散角较小，光束的传播也可由下面的简化公式描述： 三、光束质量评定 通常激光束质量的评定可采用其中任一的参数，光束传播系数（K）、光束衍射极限倍数（M），定义如下： 通常K值范围：0.1～1， M2范围：1～10 K或M2为1， 光束质量实际达到衍射极限。 (2)光束参数积(BPP-Beam Parameter Product) 其定义为束腰W0和激光发散角?0的乘积.决定激光加工适用范围 激光束特征描述及光束传播定义 光束参数积与激光功率决定加工范围 激